Linux内核编程初探：块设备驱动程序——Ramdisk

物联网 2018-07-08 05:08:34 阅读次数: 0

https://blog.csdn.net/my_xxh/article/details/48785667

第一个步骤： 编写hello world驱动程序

       （1） 构造内核源码树

       （2） 到hello.c文件目录下执行make，生成hello.ko文件以及其他相关文件

       （3） 执行sudo insmod  ./hello.ko加载模块

       （4）执行Ismod   (查看模块的命令)就可以看到hello模块

       （5） sudo  rmmod hello

Makefile文件内容：

  1. obj-m := ramhd_req.o
  2. KERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
  3. PWD := $(shell pwd)
  5. default:
  6. $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
  7. clean:
  8. rm -f *.o *.ko *.mod.* *.order *.symvers

代码分析：int register_blkdev(unsigned int major, const char *name);major 参数是块设备要使用的主设备号，name为设备名，它会在/proc/devices中被显示。 如果major为0，内核会自动分配一个新的主设备号register_blkdev()函数的返回值就是这个主设备号。如果返回1个负值，表明发生了一个错误。

kmalloc和vmalloc的区别
1、kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的,vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续
2、kmalloc能分配的大小有限,vmalloc能分配的大小相对较大
3、vmalloc比kmalloc要慢
4、kmallloc使用的是slab内存分配机制，而vmalloc使用的是伙伴系统分配机制，这也是造成它们区别的根本所在

return   -EFAULT;   //errno:14   地址错
return   -EAGAIN;   //errno:11   资源暂时不可用
return   -EINTR;   //errno:4     中断的函数调用
return   -ESPIPE     //errno:29   无效的文件指针重定位
return   -ENOTTY;//errno:25     不适当的IO控制操作 

重点内容：.owner = THIS_MODULE为什么加“点”的原因
这种方式称为指定初始化  源自ISO C99标准 初始化不必严格按照定义时的顺序

  1. #include <linux/module.h> //支持动态添加和卸载模块
  2. #include <linux/kernel.h> //驱动要写入内核，与内核相关的头文件
  3. #include <linux/init.h> //初始化头文件
  5. #include <linux/fs.h> //包含了文件操作相关struct的定义
  6. #include <linux/types.h> //对一些特殊类型的定义
  7. #include <linux/fcntl.h> //定义了文件操作等所用到的相关宏
  8. #include <linux/vmalloc.h> //vmalloc()分配的内存虚拟地址上连续，物理地址不连续
  9. #include <linux/blkdev.h> //采用request方式 块设备驱动程序需要调用blk_init_queue 分配请求队列
  10. #include <linux/hdreg.h> //硬盘参数头文件，定义访问硬盘寄存器端口、状态码和分区表等信息。
  12. #define RAMHD_NAME "Mao_rd" //设备名称
  13. #define RAMHD_MAX_DEVICE 2 //最大设备数
  14. #define RAMHD_MAX_PARTITIONS 4 //最大分区数
  16. #define RAMHD_SECTOR_SIZE 512 //扇区大小
  17. #define RAMHD_SECTORS 16 //扇区数 http://www.embedu.org/Column/Column863.htm
  18. #define RAMHD_HEADS 4 //磁头数
  19. #define RAMHD_CYLINDERS 256 //磁道(柱面)数
  21. #define RAMHD_SECTOR_TOTAL (RAMHD_SECTORS * RAMHD_HEADS * RAMHD_CYLINDERS) //总大小
  22. #define RAMHD_SIZE (RAMHD_SECTOR_SIZE * RAMHD_SECTOR_TOTAL) //8MB
  24. typedef struct{
  25. unsigned char *data; //设备数据空间首地址
  26. struct request_queue *queue; //设备请求队列
  27. spinlock_t lock; //互斥自旋锁
  28. struct gendisk *gd; //通用磁盘结构体
  29. }RAMHD_DEV;
  31. static char *sdisk[RAMHD_MAX_DEVICE]; //分配内存的首地址
  32. static RAMHD_DEV *rdev[RAMHD_MAX_DEVICE]; //分配内存的首地址
  34. static dev_t ramhd_major; //主设备号
  36. static int ramhd_space_init(void)
  37. {
  38. int i;
  39. int err = 0;
  40. for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
  41. sdisk[i] = vmalloc(RAMHD_SIZE); //申请RAMBLK_SIZE内存 物理地址不连续，虚拟地址连续
  42. if(!sdisk[i]){
  43. err = -ENOMEM; //errno:12 内存不足
  44. return err;
  45. }
  46. memset(sdisk[i], 0, RAMHD_SIZE); //用0来初始化分配的内存空间
  47. }
  49. return err;
  50. }
  52. static void ramhd_space_clean(void)
  53. {
  54. int i;
  55. for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
  56. vfree(sdisk[i]); //释放分配的内存
  57. }
  58. }
  60. static int alloc_ramdev(void)
  61. {
  62. int i;
  63. for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
  64. rdev[i] = kzalloc(sizeof(RAMHD_DEV), GFP_KERNEL); //向内核申请存放RAMHD_DEV结构体的内存空间
  65. if(!rdev[i])
  66. return -ENOMEM; //errno:12 内存不足
  67. }
  68. return 0;
  69. }
  71. static void clean_ramdev(void)
  72. {
  73. int i;
  74. for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++){
  75. if(rdev[i])
  76. kfree(rdev[i]); //释放分配的内存
  77. }
  78. }
  80. int ramhd_open(struct block_device *bdev, fmode_t mode) //设备打开用到
  81. {
  82. return 0;
  83. }
  85. void ramhd_release(struct gendisk *gd, fmode_t mode) //设备关闭用到
  86. {
  88. }
  90. static int ramhd_ioctl(struct block_device *bdev, fmode_t mode, unsigned int cmd, unsigned long arg) //IO控制
  91. {
  92. int err;
  93. struct hd_geometry geo; //hd_geometry结构体包含磁头，扇区，柱面等信息
  95. switch(cmd)
  96. {
  97. case HDIO_GETGEO: //获取块设备的物理参数
  98. err = !access_ok(VERIFY_WRITE, arg, sizeof(geo));//检查指针所指向的存储块是否可写
  99. if(err) return -EFAULT; //errno:14 地址错
  101. geo.cylinders = RAMHD_CYLINDERS; //柱面数
  102. geo.heads = RAMHD_HEADS; //磁头数
  103. geo.sectors = RAMHD_SECTORS; //扇区数
  104. geo.start = get_start_sect(bdev); //起始地址
  105. if(copy_to_user((void *)arg, &geo, sizeof(geo)))
  106. //把内核地址&geo指示的数据复制到arg指代的用户空间的地址上
  107. return -EFAULT; //errno:14 地址错
  108. return 0;
  109. }
  111. return -ENOTTY; //errno:25 不适当的IO控制操作
  112. }
  114. static struct block_device_operations ramhd_fops = //用来描述一个块设备的操作函数集
  115. { .owner = THIS_MODULE,//“加点”这种方式称为指定初始化 源自ISO C99标准 初始化不必严格按照定义时的顺序
  116. .open = ramhd_open,
  117. .release = ramhd_release,
  118. .ioctl = ramhd_ioctl,
  119. };
  121. void ramhd_req_func (struct request_queue *q) //处理传递给这个设备的请求
  122. {
  123. struct request *req; //用来提取req
  124. RAMHD_DEV *pdev;
  125. char *pData;
  126. unsigned long addr, size, start;
  127. req = blk_fetch_request(q); //从块设备队列提取存储的req;
  128. //blk_fetch_request()可以多次调用，如果queue里面没有内容，req将返回NULL
  129. while (req) { //判断当前request是否合法 循环从请求队列中获取下一个要处理的请求
  130. start = blk_rq_pos(req); // 获取当前request结构的起始扇区
  131. pdev = (RAMHD_DEV *)req->rq_disk->private_data; //获得设备结构体指针
  132. pData = pdev->data;//设备地址
  133. addr = (unsigned long)pData + start * RAMHD_SECTOR_SIZE;//计算地址
  134. size = blk_rq_cur_bytes(req); //访问 req 的下一段数据
  135. if (rq_data_dir(req) == READ) //获得数据传送方向.返回0表示从设备读取,否则表示写向设备.
  136. memcpy(req->buffer, (char *)addr, size); //读
  137. else
  138. memcpy((char *)addr, req->buffer, size); //写
  140. if(!__blk_end_request_cur(req, 0)) //这个函数处理完返回false
  141. req = blk_fetch_request(q); //继续取出请求队列中的请求
  142. }
  143. }
  145. int ramhd_init(void) //初始化
  146. {
  147. int i;
  148. ramhd_space_init();
  149. alloc_ramdev();
  151. ramhd_major = register_blkdev(0, RAMHD_NAME); //块设备驱动注册到内核中
  152. //major为0，内核会自动分配一个新的主设备号（ramhd_major ）
  153. for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++)
  154. {
  155. rdev[i]->data = sdisk[i];
  156. rdev[i]->gd = alloc_disk(RAMHD_MAX_PARTITIONS);
  157. spin_lock_init(&rdev[i]->lock); //初始化自旋锁
  158. rdev[i]->queue = blk_init_queue(ramhd_req_func, &rdev[i]->lock);//初始化将ramhd_req_func函数与队列绑定
  159. rdev[i]->gd->major = ramhd_major;
  160. rdev[i]->gd->first_minor = i * RAMHD_MAX_PARTITIONS;
  161. rdev[i]->gd->fops = &ramhd_fops; //关联到这个设备的方法集合
  162. rdev[i]->gd->queue = rdev[i]->queue;
  163. rdev[i]->gd->private_data = rdev[i]; //使用这个成员来指向分配的数据
  164. sprintf(rdev[i]->gd->disk_name, "ram_MaoRi_%c", 'a'+i);
  165. set_capacity(rdev[i]->gd, RAMHD_SECTOR_TOTAL);
  166. add_disk(rdev[i]->gd); //向系统中添加这个块设备
  167. }
  169. return 0;
  170. }
  172. void ramhd_exit(void) //模块卸载函数
  173. {
  174. int i;
  175. for(i = 0; i < RAMHD_MAX_DEVICE; i++)
  176. {
  177. del_gendisk(rdev[i]->gd); //删除gendisk结构体
  178. put_disk(rdev[i]->gd); //减少gendisk结构体的引用计数
  179. blk_cleanup_queue(rdev[i]->queue); //清除请求对列
  180. }
  181. unregister_blkdev(ramhd_major,RAMHD_NAME); ; //注销块设备
  182. clean_ramdev();
  183. ramhd_space_clean();
  184. }
  186. module_init(ramhd_init);
  187. module_exit(ramhd_exit);
  189. MODULE_AUTHOR("MaoRi");
  190. MODULE_DESCRIPTION("The Ramdisk implementation with request function");
  191. MODULE_LICENSE("GPL");

参考文献：(1) ubantu14.04 32位下第一个hello world驱动程序

                         http://blog.csdn.net/damotiansheng/article/details/44463193


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